Психро́метр ( — холодный), или гигрометр психрометри́ческий — содержащее сухой и смоченный термометры устройство для косвенного измерения влажности газов, прежде всего воздуха, по понижению температуры смоченного твёрдого тела — датчика температуры; влажность газа вычисляют посредством психрометрической формулы по разности температур сухого и смоченного термометров.

Принцип действия Испарение воды приводит к её охлаждению, тем большему, чем меньше влажность воздуха, контактирующего с водой. По разнице температур воздуха (называемой в психрометрии температурой сухого термометра) и поверхностного слоя воды (называемой температурой влажного термометра, или температурой смоченного термометра, или температурой мокрого термометра) можно определить влажность воздуха. При этом приходится учитывать то обстоятельство, что испарившаяся влага остаётся в окрестностях датчика температуры (например, колбы влажного жидкостного термометра), локально увеличивая там влажность воздуха. Для устранения этого эффекта при измерении влажности применяют аспирацию, обдувая термометры анализируемым газом (воздухом).

Относительная влажность воздуха , %, отражает степень насыщения воздуха парами воды и равна по определению , где  — абсолютная влажность воздуха (парциальная плотность водяного пара во влажном воздухе, массовая концентрация водяных паров в воздухе) при температуре сухого термометра ;  — наибольшая достижимая абсолютная влажность воздуха, то есть плотность насыщенного водяного пара при температуре .

Рассматривая водяной пар как идеальный газ, отношение плотностей можно заменить отношением давлений и получить часто используемую приближённую формулу, с практической точки зрения эквивалентную предыдущей: , в которой  — парциальное давление паров воды в воздухе при температуре ;  — давление насыщенного водяного пара при этой температуре. Значение относительной влажности может изменяться от 0 для сухого воздуха до 100 % для насыщенного влагой воздуха.

Для вычисления абсолютной влажности воздуха используют формулу Реньо , из которой следует выражение для относительной влажности воздуха с температурой : . Здесь и  — температуры соответственно сухого и влажного термометров, °С;  — плотность насыщенного водяного пара при температуре сухого термометра, г/м³;  — плотность насыщенного водяного пара при температуре влажного термометра, г/м³;  — атмосферное давление, мм рт. ст.;  — психрометрический коэффициент, равный 0,00128 для неподвижного воздуха, 0,0011 для подвижного воздуха и 0,00074 для свободной атмосферы. Зависимость психрометрического коэффициента от скорости движения воздуха , м/c, даёт формула Зворыкина: . Поскольку температура датчика влажного термометра меньше температуры окружающего воздуха, то возле него имеет место небольшое локальное движение воздуха () и психрометрический коэффициент не обращается в бесконечность, как это следует из формулы Зворыкина для , а равен указанной выше конечной величине.

Численное значение психрометрического коэффициента зависит от выбора единиц измерения давления, поэтому в данной статье единообразия ради пришлось повсеместно применить внесистемную единицу измерения давления — мм рт. ст., использованную в тех источниках, откуда заимствованы значения .

Значения психрометрических коэффициентов для различных скоростей движения воздуха приведены ниже.

+ Психрометрические коэффициенты для различных скоростей движения воздуха Скорость движения воздуха, м/с Значение психрометрического коэффициентаГубернский Ю. Д., Орлова Н. С. Психрометр // Большая медицинская энциклопедия в 30 томах, 3-е изд., 1983, т. 21. / полученное по формуле Зворыкина Особенности микроклимата в помещении / вне помещения 0,13 0,00130 / 0,00134 вентиляция отсутствует / штиль 0,16 0,00120 / 0,00123 — / — 0,20 0,00110 / 0,00114 естественная вентиляция без сквозняков / — 0,30 0,00100 / 0,00100 — / — 0,40 0,00090 / 0,00093 едва заметное движение воздуха / кажущееся отсутствие ветра 0,50 — / 0,00088 — / — 0,60 — / 0,00085 — / — 0,80 0,00080 / 0,00080 — / небольшой ветер 1,00 — / 0,00077 — / — 2,00 — / 0,00071 — / — 2,30 0,00070 / 0,00070 — / умеренный ветер 3,00 0,00069 / 0,00069 — / — 4,00 0,00067 / 0,00067 — / сильный ветер 5,00 — / 0,00066 — / —

Для аспирационных психрометров при вычислении относительной влажности воздуха может быть использована формула , получаемая из формулы Реньо подстановкой в неё значения психрометрического коэффициента, соответствующего скорости движения воздуха 5 м/с. Из формулы Шпрунга следует выражение для вычисления относительной влажности воздуха при указанной скорости его движения: .

Значения и берут из справочной литературыПлотность насыщенного водяного пара при различных температурах.Давление и плотность насыщенного водяного пара. (в справочных данных часто указывают не плотность водяного пара, а обратную ей величину — удельный объём насыщенного водяного пара), вычисляют с помощью онлайн-калькуляторовАбсолютная влажность воздуха и относительная влажность воздуха. Для насыщенного пара полагают  %.Калькулятор: Таблица свойств насыщенного пара по температуре. Давление в mmHg abs, удельный объём в м³/кг. или, полагая водяной пар идеальным газом, находят посредством уравнения состояния идеального газа. В последнем случае используют соотношение, связывающее плотность насыщенного водяного пара, г/м³, с его парциальным давлением, мм рт. ст., и температурой, °С:

, ,

а парциальное давление, мм рт. ст., для выраженных в °С температур воздуха вычисляют по модифицированному уравнению Бака, заимствованному из статьи Относительная влажность и отличающемуся от оригинального результата Бака, приведённого в статье Relative humidity: ,

.

При необходимости по значениям относительной влажности можно найти абсолютную влажность воздухаПеревод относительной влажности в абсолютную., а также температуру точки росы посредством онлайн-калькулятора или по формулам и таблице, приведённым в статье Точка росы.

Устройство Простейший статический психрометр Августа состоит из двух одинаковых спиртовых термометров, расположенных на расстоянии 4—5 см друг от друга. Один термометр — обычный для измерения температуры воздуха (сухой термометр), а второй имеет устройство увлажнения: спиртовая колба влажного (мокрого) термометра обёрнута 1—2 слоями тканевой (батист, шифон, марля) ленты, один конец которой находится в резервуаре с водой. Воду желательно использовать дистиллированную или, в крайнем случае, кипячёную, чтобы замедлить отложение солей, ведущее к забиванию капилляров ленты и её быстрому пересыханию. На способность ткани к смачиванию колбы термометра влияет также запыленность воздуха; ткань заменяют по мере того, как она теряет гигроскопичность. За счёт капиллярного эффекта ткань непрерывно увлажняет колбу термометра; вследствие испарения влаги увлажнённый термометр охлаждается. Снимают показания сухого и влажного термометров и находят относительную влажность воздуха либо по психрометрической таблицеПсихрометрическая таблица., либо по номограмме — психрометрическому графику (психрометрической диаграмме)Психрометрическая диаграмма для статического психрометра Августа и барометрического давления 745 мм рт. ст.Психрометрическая номограмма для спокойного воздуха., либо с помощью онлайн-калькулятораОпределение влажности воздуха психрометрическим методом. Онлайн-калькулятор.. При относительной влажности, равной 100 %, вода вообще не будет испаряться и показания обоих термометров будут одинаковы. При точных измерениях в случае отклонения атмосферного давления от номинального либо учитывают поправку к полученным по психрометрической таблице результатам, либо выполняют расчёт по формуле Реньо. Конструкция психрометра может включать в себя вентилятор для обдува воздухом обоих термометров. Скорость обдува обычно составляет 0,5—2,0 м/с; для психрометров, устанавливаемых в воздуховодах, скорость обдува может достигать 8 м/с. К каждому психрометру прилагается психрометрическая таблица и/или график, учитывающие особенности конкретной серии приборов и призванные выдавать возможно более достоверные результаты замеров относительной влажности.

Виды психрометров Современные небытовые психрометры можно разделить на три категории: станционные, аспирационные и дистанционные. В станционных психрометрах термометры закреплены на специальном штативе в метеорологической будке. Основной недостаток станционных психрометров — зависимость показаний увлажнённого термометра от скорости воздушного потока в будке. Основной станционный психрометр — психрометр Августа.

В аспирационном психрометре (например, психрометре Ассмана) одинаковые ртутные термометры расположены в специальной никелированной оправе, защищающей их от повреждений и теплового излучения окружающих предметов, где обдуваются потоком исследуемого воздуха с постоянной скоростью около 2 м/с за счёт просасывания (аспирации) воздуха посредством механического или электрического вентилятора. Перед работой тканевую ленту влажного термометра смачивают дистиллированной водой из специальной пипетки с резиновой грушей; при продолжительных измерениях увлажнение периодически повторяют. Снимают показания сухого и влажного термометров и находят относительную влажность либо по психрометрической таблицеОпределение относительной влажности воздуха по показаниям психрометра Ассмана., либо по психрометрическому графикуГрафик для определения относительной влажности воздуха с помощью психрометра Ассмана (вертикальная линия — температура сухого термометра, косая линия — температура влажного термометра).Психрометрическая номограмма для скорости воздуха 5 м/с. или номограммеНомограмма для определения относительной влажности воздуха по показаниям психрометра Ассмана.. Всемирная метеорологическая организация для вычисления относительной влажности воздуха по результатам замеров, выполненных с помощью психрометра Ассмана, рекомендует использовать следующую формулу, учитывающую влияние атмосферного давления: .

Выбор единиц измерения входящих в это выражение давлений (давление насыщенного водяного пара при температуре сухого термометра ), (давление насыщенного водяного пара при температуре влажного термометра ) и (атмосферное давление) произволен; важно лишь, чтобы все три перечисленные выше величины были выражены в одних и тех же единицах.

При положительной температуре воздуха аспирационный психрометр — наиболее надёжный прибор для измерения температуры и влажности воздуха. В дистанционных психрометрах используют обычно термометры сопротивления как наиболее точные и стабильные.

Галерея

См. также Абсолютная влажность Насыщенный пар Относительная влажность Точка росы

Примечания

Литература

Ссылки

WMO Guide To Meteorological Instruments And Methods Of Observation, Chapter 4: Humidity. World Meteorological Organization 2006 Демонстрация психрометра и гигрометра на опыте (видео) Самодельный психрометр

Категория:Метеорологические приборы Категория:Гигрометры